JP3090507B2 - 第二高調波発生装置 - Google Patents

第二高調波発生装置

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JP3090507B2
JP3090507B2 JP03226039A JP22603991A JP3090507B2 JP 3090507 B2 JP3090507 B2 JP 3090507B2 JP 03226039 A JP03226039 A JP 03226039A JP 22603991 A JP22603991 A JP 22603991A JP 3090507 B2 JP3090507 B2 JP 3090507B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は第二高調波発生装置に関
する。
【0002】レーザ光の第二高調波は、例えば光記録の
分野において、記録の高密度化を可能とするものとして
期待されている。
【0003】光記録等に使用しうる第二高調波は、光強
度が高いものであること、及び取扱う信号との関係で例
えば数100MHzもの高い周波数で変調されたもので
あることが必要である。
【0004】従って、第二高調波発生装置は、光強度の
高い第二高調波を発生可能であり、しかも数100MH
zもの高い周波数領域まで変調可能なものであることが
必要とされる。
【0005】
【従来の技術】図10は従来の1例の第二高調波発生装
置1であり、レーザダイオード(以下LDという)2
と、LiNbO3 の結晶3を組合わせた構成である。
【0006】LD2よりのレーザ光4が結晶3内に入
り、結晶3より、レーザ光4の第二高調波5が出力され
る。
【0007】図11は従来の別の例の第二高調波発生装
置10を示す。
【0008】11はYAG(Y3 Al5 12)結晶、1
2は光共振器、13はYAGレーザである。
【0009】14はKNbO3 結晶である。
【0010】15はLDであり、励起用であり、周波数
変調された信号によって駆動される。
【0011】LD15よりのレーザ光16が光共振器1
2内に入り、ここに閉じ込められ、YAG結晶11のN
d原子を励起する。
【0012】Nd原子が基底状態に戻るときに光17を
放出する。
【0013】放出された光17は光共振器12内で強め
られる。
【0014】強められたレーザ光18がYAGレーザ1
3(光共振器12)より出て、結晶14内に入り、結晶
14から、レーザ光18の第二高調波19が出力され
る。
【0015】
【発明が解決しようとする課題】図10の装置1では、
LD2の出力が低く、従って第二高調波5の光強度は低
い。
【0016】図11の装置10では、YAG結晶11を
励起してレーザ光18を得ているため、光強度の高い第
二高調波18が得られる。
【0017】しかし、LD15がオフとされたときのN
dの放出は自然放出であり、これには、数100μs の
時間を要する。
【0018】従って、YAGレーザ13よりのレーザ光
18は、LD15をオフとした後も、図12(A)中、
線20で示すように、弱まりながらも出続けることにな
る。このため、LD15の励起を、同図(B)中、線2
1で示すように変調した場合には、YAGレーザ13よ
りのレーザ光18の光強度は同図(C)中、線22で示
す如くになり、第二高調波19の光強度は同図(D)中
線23で示す如くになる。
【0019】このように、レーザ光18及び第二高調波
19の出力が立下がるのに数100μs もの時間t1
要するため、変調周波数の帯域は数kHzに制限され、
それ以上の変調は不可能となり、有用性に欠ける。
【0020】そこで、本発明は、高光強度化及び変調周
波数の高域化を実現した第二高調波発生装置を提供する
ことを目的とする。
【0021】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、所定
の発振線幅を有する固体レーザ媒体を光共振器内に設け
てなる固体レーザと、該固体レーザの該固体レーザ媒体
を励起するレーザ光を出力する第1の半導体レーザと、
上記固体レーザ媒体の上記発振線幅内で周波数変調され
たシード光を出力して上記固体レーザ媒体に入射させる
第2の半導体レーザと、波長依存性を有し、該固体レー
ザよりのレーザ光を入射されてその第二高調波を発生さ
せる非線形光学結晶とよりなり、上記固体レーザ媒体
が、上記第1の半導体レーザよりの上記レーザ光によっ
て励起された状態を維持し、上記固体レーザが、上記第
2の半導体レーザよりの上記シード光によって発振モー
ドを変調され、上記非線形光学結晶がその波長依存性に
よって光強度が変調された第二高調波を出力する構成と
したものである。
【0022】請求項2の発明は、請求項1の非線形光学
結晶を、上記光共振器内に設けた構成としたものであ
る。
【0023】請求項3の発明は、請求項1の固体レーザ
を、過飽和吸収体を設けた構成としたものである。
【0024】
【作用】請求項1の第1の半導体レーザは、固体レーザ
が常時発振モードを維持するように作用する。
【0025】第2の半導体レーザは、これが出力するシ
ード光によって固体レーザの発振モードを引き込むよう
に作用する。
【0026】ここで、固体レーザは常時発振モードを維
持するため、誘導放出寿命がnsオーダの短いものとな
り、固体レーザの発振モードは、数100MHzもの高
い周波数帯域で変調される。
【0027】即ち、第1,第2の半導体レーザは、固体
レーザを、波長可変範囲をその発振線幅内とする波長可
変レーザとするように作用する。
【0028】非線形光学結晶の波長依存性を利用する構
成は、光強度が数100MHzもの高い周波数で変調さ
れた第二高調波を出力するように作用する。
【0029】請求項2の非線形光学結晶を光共振器内に
設けた構成は、非線形光学結晶内を通るレーザ光の光強
度を強くするように作用する。
【0030】請求項3の固体レーザ内に過飽和吸収体を
設けた構成は、固体レーザを自己モードロックさせるよ
うに作用する。
【0031】
【実施例】図1は本発明の第1実施例の第二高調波発生
装置30であり、例えば光ディスクに情報信号を記録す
るためのレーザ光を出力するのに利用される。
【0032】図中、図2に示す構成部分と対応する部分
には同一符号を付す。
【0033】31は波長可変半導体レーザであり、共振
器内に回折格子を設けた構成であり、シード光32を出
力する。
【0034】このシード光32はYAG結晶11に加え
られ、YAG結晶11は、後述するレーザの引込み動作
を行う。
【0035】また、波長可変半導体レーザ31には、端
子33を介して光磁気ディスクに記録する情報信号が入
力される。レーザ31からは、図2(B)に示すよう
に、上記情報信号に応じて波長が変化するシード光3
2,即ち数100MHzで、周波数変調されたシード光
32を出力する。
【0036】また、レーザ31は、シード光32の周波
数変調幅aが後述するYAG結晶11よりのレーザ光の
発振線幅b(図4参照)内となるように定めてある。こ
れにより、シード光32は、図3に示すように上記の発
振線幅b内で周波数変調されたものとなる。
【0037】次に、上記構成の装置30の動作について
説明する。
【0038】YAG結晶11には、励起用LD34から
の図2(A)に示すレーザ光35と、波長可変LD31
からの同図(B)に示すシード光32とが入射する。
【0039】励起用LD34は、図11の場合のように
変調されず、連続して一定状態で発振する。
【0040】レーザ光35によって、YAG結晶11は
励起され、Ndイオンの原子が基底状態に戻るときに光
36を放出する。
【0041】ここで、Ndイオンの発振波長1.06μm は
単純な線ではない。この線は 43/ 2 411/2の遷移
といわれ、この線の幅は室温で65cm-1となり、波長に
換算すると約0.7 nmとなる。
【0042】従って、YAG結晶11にレーザ光35だ
けが入射している場合、YAG結晶光共振器12より出
力されるレーザ光37の発振線38は図4に示すよう
に、0.7 nmの幅bを有する。
【0043】即ち、YAG結晶光変換器12は、0.7 nm
と極く狭い範囲ではあるけれども、波長可変レーザとな
る。
【0044】ここで、励起用LD14は継続的に動作し
ており、YAG結晶11には、図2(A)に示すように
レーザ光35が継続的に入射しており、YAGレーザ1
3は誘導放出を継続している。
【0045】YAG結晶11には、シード光32も入射
しており、これによって以下に説明するレーザの引込み
動作が行われる。
【0046】一般に、レーザの発振波長は発振可能線幅
中であれば、どの値でも取りうる。その発振波長はむし
ろ偶然に左右されうる。しかし発振始めに特定波長の光
が入射されれば、引き込まれてその波長によって選択的
に誘導放出され、出力全体が特定波長で発振する。この
ような目的のために最初に別のレーザから注入する光を
シード光と呼ぶ。従って、このシード光の発振波長を制
御することによって、レーザの発振波長を制御すること
ができる。
【0047】ここで、YAG結晶11は励起状態を維持
し、YAGレーザ13は誘導放出を接続しており、レー
ザ準位寿命は自然放出の寿命ではなく誘導放出の寿命と
なり、自然放出の寿命よりはるかに小さくなり、nsオ
ーダとなる。
【0048】上記のシード光32がYAG結晶11に入
射することによって、YAGレーザ13より射出される
出力の大なるレーザ光39は、図2(C)に示すよう
に、シード光32によって周波数変調されたものとな
る。
【0049】上記のようにYAG結晶11内における放
出寿命はnsオーダであるため、レーザ光39の波長の
復帰の動作は瞬時に行われ、YAGレーザ13は、レー
ザ光39を数100MHzに及ぶ高周波数帯域まで周波
数変調が可能となる。
【0050】このため、YAGレーザ13は、数100
Mzで周波数変調されているシード光32に十分に追従
できる速さで変調動作を行うことが出来、図2(C)に
示すように、光強度が高くて且つ一定であり、波長が数
100Mzで周波数変調されたレーザ光39を出射す
る。
【0051】ここで、発振直後はシード光によって波長
が制御されるが、発振後は自らの発振波長によって誘導
放出が起きるため制御が出来ないという議論があるかも
しれない。しかし固体レーザの連続発振は必ずしも、時
間的に一定出力が出ているわけではない。連続発振とは
いってもnsのオーダでは断続的なスパイク発振してい
ることが知られている。これは緩和発振として知られて
いる現象で、固体レーザでは特徴的なものである。各ス
パイクは各々独立した波長で発振している。
【0052】このレーザ光39がKNbO3 結晶13に
入射される。
【0053】この結晶13から第二高調波を効率よく出
力たるためには、位相整合を図る必要がある。
【0054】この結晶13において、位相整合が成り立
つための入射するレーザ光39の波長の許容幅cは、約
0.06nm・cmである。
【0055】結晶13についての入射レーザ光と第二高
調波との関係は、図5に示す如くになる。
【0056】入射レーザ光を、線45に示すように、光
強度は変えずに波長を変えた場合、第二高調波の光強度
は、線46で示す如くになる。
【0057】即ち、入射レーザ光の波長が許容幅c内に
入ると、位相が整合して結晶13より第二高調波が出力
される。入射レーザ光の波長が許容幅cより外れると、
位相が不整合となって、第二高調波の出力は略零となっ
てしまう。
【0058】このように、結晶13は波長依存性を有す
る。
【0059】本発明はこの波長依存性を利用している。
【0060】この波長依存性が利用できるように、許容
幅cと前記の発振線幅bとは、図3及び図4に示すよう
に、c≪bの関係となっている。
【0061】前記のレーザ光39は波長が発振線幅cが
周波数変調されたものであるため、これが結晶13に入
射すると、波長が許容幅c内に出入りし、位相整合と不
整合の状態が繰り返される。
【0062】結晶13は、位相整合した時のみ第二高調
波を出力し、位相不整合の時には第二高調波を出力しな
い。
【0063】これにより、結晶13からは、図2(D)
に示すように、光強度が数100MHzの高い周波数で
周波数変調された第二高調波40が出力される。
【0064】従って、上記の装置30は、数100MH
zの高い周波数で変調されている情報信号の入来に応じ
て、光強度が高く、且つ波長がYAGレーザ13のレー
ザ光39の半分であり、光強度が情報信号に対応して数
100MHzの高い周波数によって周波数変調された第
二高調波40を出力する。
【0065】なお、上記の装置30は光ディスク用に限
らず、光通信用等他の分野においても利用できる。
【0066】また、YAG結晶11に代えて、別の固体
レーザ結晶を使用してもよい。
【0067】また、KNbO3 結晶13に代えて、Li
NbO3結晶又はLiTiO3 結晶を設けてもよい。
【0068】図6は本発明の第2実施例の第二高調波発
生装置50を示す。
【0069】この装置50は、前記の装置30とは異な
り、KNbO3 結晶13を共振器51内に設けた構成で
ある。
【0070】これにより、結晶13内を通るレーザ光が
強くなって第二高調波がより効果的に発生し、図6に示
すように光強度の高い(P2 >P1 )第二高調波52が
出力される。
【0071】また、結晶13の長さが等価的に長くなっ
て、位相整合の許容幅が狭くなる。このため、波長可変
LD31の波長可変幅をその分狭くしてもよいことにな
り、有利である。
【0072】図7は本発明の第3実施例の第二高調波発
生装置60を示す。
【0073】この装置60は、過飽和吸収体61を光共
振器12内であってYAG結晶11の射出側に設けた構
成である。
【0074】過飽和吸収体61は、YAG結晶11より
出力されたレーザ光39のうち光強度の低い部分のレー
ザ光を吸収する。
【0075】これにより、YAGレーザ13の発振が自
己モードロックされ、YAGレーザ13は、図8(A)
に示すように、光強度のピークが図2(C)のP10より
高いP11であり、規則正しいGHzオーダの連続パルス
よりなるレーザ光62を出力する。
【0076】このように、ピークが高いため、結晶13
は、第二高調波を効率良く発生し、図8(B)に示すよ
うに、図2(D)に比べて光強度の大なる第二高調波6
3が出力される。
【0077】また、レーザ光62に規則性があるため、
上記の第二高調波63は従来に比べてノイズが少ないも
のとなる。
【0078】
【発明の効果】以上説明した様に、請求項1の発明によ
れば、固体レーザの発振モードを例えば数100MHz
もの高い周波数帯域で変調させることが出来る。また、
非線形光学結晶の波長依存性を利用することによって、
光強度が高く、しかも光強度が例えば数100MHzも
の高い周波数で変調された第二高調波を発生することが
出来る。
【0079】請求項2の発明によれば、請求項1の発明
に比べて、光強度の高い第二高調波を発生することが出
来る。
【0080】請求項3の発明によれば、請求項1の発明
に比べて、光強度の高い第二高調波を発生することが出
来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例になる第二高調波発生装置
を示す図である。
【図2】図1の装置の各部のレーザ光及び第二高調波を
示す図である。
【図3】シード光の周波数変調幅、レーザ光の発振線
幅、及び位相整合の許容幅を示す図である。
【図4】図1中、YAGレーザのレーザ光の発振線を示
す図である。
【図5】図1中、KNbO3 結晶の波長依存性を説明す
る図である。
【図6】本発明の第2実施例になる第二高調波発生装置
を示す図である。
【図7】本発明の第2実施例になる第二高調波発生装置
を示す図である。
【図8】本発明の第3実施例になる第二高調波発生装置
を示す図である。
【図9】図8中のレーザ光及び第二高調波を示す図であ
る。
【図10】従来の1例を示す図である。
【図11】従来の別の例を示す図である。
【図12】図11の装置の動作を説明する図である。
【符号の説明】
11 YAG結晶 12,51 光共振器 13 YAGレーザ 14 KNbO3 結晶 30,50,60 第二高調波発生装置 31 波長可変半導体レーザ 32 シード光 33 端子 34 励起用半導体レーザ 35 レーザ光 36 光 37 レーザ光35により励起されて出力されたレーザ
光 38 発振線 39,62 レーザ光35及びシード光32が入射して
いるときに出射されるレーザ光 40,52,63 第二高調波 61 過飽和吸収体 a シード光の周波数変調幅 b レーザ光の発振線幅 c 位相整合の許容幅

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 所定の発振線幅(b)を有する固体レー
    ザ媒体(11)を光共振器(12)内に設けてなる固体
    レーザ(13)と、 該固体レーザの該固体レーザ媒体を励起するレーザ光
    (35)を出力する第1の半導体レーザ(34)と、 上記固体レーザ媒体の上記発振線幅(b)内で周波数変
    調されたシード光(32)を出力して上記固体レーザ媒
    体に入射させる第2の半導体レーザ(31)と、 波長依存性を有し、該固体レーザよりのレーザ光を入射
    されてその第二高調波を発生させる非線形光学結晶(1
    3)とよりなり、 上記固体レーザ媒体が、上記第1の半導体レーザよりの
    上記レーザ光によって励起された状態を維持し、上記固
    体レーザが、上記第2の半導体レーザよりの上記シード
    光によって発振モードを変調され、上記非線形光学結晶
    がその波長依存性によって光強度が変調された第二高調
    波を出力する構成としたことを特徴とする第二高調波発
    生装置。
  2. 【請求項2】 請求項1の非線形光学結晶を、上記光共
    振器(51)内に設けた構成としたことを特徴とする第
    二高調波発生装置。
  3. 【請求項3】 請求項1の固体レーザを、過飽和吸収体
    (61)を設けた構成としたことを特徴とする第二高調
    波発生装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS56168920U (ja) * 1980-05-20 1981-12-14

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